大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院

本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）

題    目：          SMA混合料分析           

學(xué)習(xí)中心：                    

                 層    次：     ?？破瘘c(diǎn)本科     

專    業(yè)：     土木工程(道橋方向)

年    級(jí)：        年  季       

學(xué)    號(hào)：                   

學(xué)    生：                   

指導(dǎo)教師：                   

完成日期：                   

內(nèi)容摘要

SMA路面以優(yōu)良的路用性能聞名于世，近年來(lái)在我國(guó)逐漸得到推廣應(yīng)用。但是由于我國(guó)對(duì)SMA研究較晚，缺乏使用經(jīng)驗(yàn)，一些工程一味照抄照搬國(guó)外的規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)果導(dǎo)致路面在使用初期就出現(xiàn)了一些與水損害相關(guān)的破壞。本文通過(guò)研究瀝青與礦料的粘附機(jī)理，分析各種因素對(duì)SMA混合料水穩(wěn)定性的影響程度，從而對(duì)SMA配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化，以減小SMA路面發(fā)生水損害的幾率，提高瀝青路面的使用性能。本文首先從SMA混合料的特性入手，對(duì)SMA材料進(jìn)行系統(tǒng)的分析，最后結(jié)合具體的實(shí)例分析其應(yīng)用措施。

關(guān)鍵詞：SMA混合料；高溫耐久性；特性

目     錄

內(nèi)容摘要

引   言

1  SMA混合料的特性

1.1  高溫穩(wěn)定性

1.2  耐久性

1.3  表面特性

1.4  低溫抗裂性

2  SMA材料分析

2.1  瀝青結(jié)合料

2.2  集料與填料

2.3  纖維

3  實(shí)例分析

3.1  工程實(shí)例的具體內(nèi)容

3.2  SMA的應(yīng)用范圍

3.3  SMA的優(yōu)缺點(diǎn)

結(jié)論

參考文獻(xiàn)

引   言

瀝青混合料用于道路建設(shè)已有上百年歷史，至今在世界各國(guó)仍為路面結(jié)構(gòu)的主要類型；無(wú)疑，瀝青路面為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮了巨大作用。但是，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通及運(yùn)輸要求路面具有更高的路用性能和良好的服務(wù)水平，因此一種具有優(yōu)良抗車轍效果和抗滑性能的新型路面鋪裝材料——SMA 瀝青混合料在世界各國(guó)得到推廣，并被廣泛應(yīng)用到高等級(jí)路面及橋面鋪裝工程中。以下，我們將在對(duì) SMA 瀝青混合料的性能進(jìn)行深入研究的同時(shí)，比較多種對(duì)其物理參數(shù)進(jìn)行測(cè)定的方法，并對(duì) SMA 瀝青混合料在橋面鋪裝工程中的施工工藝進(jìn)行論述，以期為今后 SMA 瀝青混合料在同類工程中的應(yīng)用提供借鑒。

SMA在 20 世紀(jì) 90 年代初期進(jìn)入中國(guó)后，從初步的試驗(yàn)路到現(xiàn)在公路、民航、市政大規(guī)模的應(yīng)用推廣，從一開始完全照搬國(guó)外技術(shù)到充分結(jié)合國(guó)情對(duì)SMA技術(shù)進(jìn)行吸收、改進(jìn)，從不成熟到系統(tǒng)、成熟的應(yīng)用，期間經(jīng)歷了一個(gè)曲折的過(guò)程。在 1993～1997 年間，吉林省、河北省、遼寧省、江蘇省鋪筑了大量SMA試驗(yàn)段。但是這些試驗(yàn)段有一個(gè)共同的特點(diǎn)，SMA的的設(shè)計(jì)過(guò)多參考了德國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)果產(chǎn)生了泛油等不同程度的問(wèn)題，個(gè)別甚至是失敗的。有的試驗(yàn)路不僅沒(méi)有對(duì)SMA的發(fā)展起到推動(dòng)作用，反而使SMA在這些地方的發(fā)展遭受到挫折或誤解。這說(shuō)明，學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，必須緊密考慮我國(guó)的實(shí)際情況，不能照搬照抄。國(guó)外專家往往局限于本國(guó)本地的經(jīng)驗(yàn)，尤其對(duì)中國(guó)的氣候條件和交通組成不了解，指導(dǎo)生產(chǎn)SMA時(shí)很可能出現(xiàn)瀝青用量偏多、級(jí)配偏細(xì)等不良情況。

在吸取了這樣的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后， 中國(guó)的道路工作者開始改造SMA，以使SMA技術(shù)更加符合中國(guó)的實(shí)際情況。交通部在 20 世紀(jì) 90 年代末對(duì)SMA開始了系統(tǒng)的研究工作，組織了交通部聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目“瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA） 性能和指標(biāo)”的研究（承擔(dān)單位為交通部公路科學(xué)研究院），并且在課題結(jié)束后緊接著開始了瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）路面的推廣應(yīng)用工作，這標(biāo)志著SMA的研究、應(yīng)用走上了正軌。在北京，機(jī)場(chǎng)高速公路、1996 年首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)東跑道和 2000 年西跑道改造工程、八達(dá)嶺高速公路、1997 年北京長(zhǎng)安街罩面中， 在交通部公路科學(xué)研究院的技術(shù)指導(dǎo)下均成功采用了改性瀝青和SMA技術(shù)，標(biāo)志著SMA技術(shù)的成熟。其中首都機(jī)場(chǎng)東跑道是我國(guó)民航部門機(jī)場(chǎng)跑道首次使用SMA 結(jié)構(gòu)，也是世界上首次使用改性瀝青SMA結(jié)構(gòu)的跑道， 經(jīng)過(guò)近年來(lái)波音 747 等大型客機(jī)飛行，以及夏季高溫、暴雨及冬季嚴(yán)寒季節(jié)的考驗(yàn)， 至今使用效果良好，受到國(guó)內(nèi)外民航部門及道路部門的重視。1998 年起， 交通部組織的SMA技術(shù)推廣工作，首先在北京、遼寧、吉林、黑龍江、河北、山東、山西、江蘇、廣東、四川、青海、湖北、上海、內(nèi)蒙古等省區(qū)開始推廣應(yīng)用。近幾年來(lái)，SMA 技術(shù)已經(jīng)在公路、市政、民航等行業(yè)被廣泛使用。在公路部門，許多重要的高速公路，如京哈、京滬、京珠 3 大干線高速公路沿線的一些省份采用了SMA結(jié)構(gòu)。另外在全國(guó)眾多省市都采用SMA技術(shù)，在此僅列出一部分如： 山東省在京滬高速公路化臨段、日（照） 東（明） 高速公路、竹（園）曲（阜）等高速公路； 湖北省在黃黃高速公路、武黃高速公路大修工程等；河北省的保津、石黃、京秦、京承等高速公路；遼寧沈大高速公路、盤海高速公路全線、丹本高速公路部分路段；黑龍江長(zhǎng)余高速公路、黑龍江哈綏高速公路、哈爾濱機(jī)場(chǎng)高速公路等；安徽省合安高速；廣州新機(jī)場(chǎng)高速公路、廣清高速公路新華至銀盞段；乍嘉蘇高速公路浙江段；重慶 S106 線德陽(yáng)中江段二級(jí)公路 山西省太祁高速公路、山西靈石—霍州高速公路等。

1  SMA混合料的特性

SMA混合料為間斷級(jí)配，粗集料多，細(xì)集料少，礦粉用量多，瀝青用量也多。粗集料顆粒石-石接觸，形成骨架結(jié)構(gòu)，由瀝青礦粉和纖維組成的瑪蹄脂填充其空隙，成為一種密實(shí)結(jié)構(gòu)的瀝青混合料。

1.1  高溫穩(wěn)定性

在SMA的組成中，粗集料骨架占到 ７０％以上，混合料中粗集料相互之間的接觸面（或支撐點(diǎn)）很多，細(xì)集料很少，瑪蹄脂部分僅僅填充了粗集料之間的孔隙，交通荷載主要由粗集料骨架承受，由于粗集料顆粒之間互相良好的嵌擠作用，瀝青混合料產(chǎn)生非常好的抵抗荷載變形的能力，即使在高溫條件下，瀝青瑪蹄脂的粘度下降，對(duì)這種抵抗能力的影響也會(huì)減小，因而有較強(qiáng)的高溫抗車轍能力。而這一點(diǎn)是極其重要的，即充分利用了集料嵌擠作用提高了高溫抗車轍能力。

1.2  耐久性

延長(zhǎng)路面壽命需要瀝青混合料有良好的耐久性。SMA的混合料內(nèi)部被瀝青瑪蹄脂充分填充，且瀝青膜較厚，混合料的空隙率很小，瀝青與空氣的接觸少，因而瀝青混合料的耐老化性能好。實(shí)驗(yàn)證明，這種混合料的耐疲勞性能大大優(yōu)于密級(jí)配瀝青混凝土。因此有良好的耐久性。另外，由于SMA屬于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)空隙率３％～４％，基本上是不透水的， 對(duì)下面的瀝青層和基層有較強(qiáng)的保護(hù)作用和隔水作用，使路面能保持較高的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。SMA和其他瀝青混合料相比：在ＡＣ的組成中，瀝青砂漿已經(jīng)把粗集料撐開，粗集料上是懸浮在瀝青砂漿中，彼此互相并未緊密接觸，因此交通荷載主要是由瀝青砂漿承受著，ＡＣ抵抗荷載變形的能力很大程度上受到礦料級(jí)配、礦料間隙率（ＶＭＡ）、空隙率以及瀝青砂漿的比例的影響。在高溫條件下，瀝青砂漿的粘度變小，承受變形的能力急劇降低，很容易產(chǎn)生永久變形，造成車轍、推擁等；在和以前我國(guó)常用的瀝青碎石混合料（ＡＭ）相比，ＡＭ同樣有相當(dāng)多的粗集料，也有良好的石料嵌擠作用，但使用瀝青太少（因?yàn)榈V粉很少，瀝青想加也加不進(jìn)去），空隙率太大，瀝青與集料的粘結(jié)性不足，集料之間充滿了水分，水分對(duì)混合料的浸蝕使瀝青與集料脫開，造成剝落，很容易造成雨季及春融季節(jié)的大面積破壞，而且低溫抗裂性也不好；我國(guó)規(guī)范提出的抗滑表層級(jí)配（ＡＫ）實(shí)際上也存在同樣的缺點(diǎn)，抗滑與耐久性的矛盾不好解決。

1.3  表面特性

提高瀝青混合料水穩(wěn)性的機(jī)理主要依靠防止水的侵蝕，提高瀝青和集料的粘附性。SMA混合料的空隙率很小，幾乎不透水，混合料受水的影響很小，再加上瑪蹄脂與集料的粘結(jié)力好，混合料的水穩(wěn)定性也有較多改善。

瀝青路面的表面功能也很重要，除了集料自身性質(zhì)外，表面構(gòu)造是關(guān)鍵因素。SMA一方面要求采用堅(jiān)硬的、耐磨的優(yōu)質(zhì)石料；另一方面礦料采用間斷級(jí)配，粗集料含量高，路面壓實(shí)后表面形成大的孔隙，構(gòu)造深度大，一般能超過(guò) 0.8～１ｍｍ，必然使抗滑性能提高。同時(shí)，在雨天交通行車不會(huì)產(chǎn)生大的水霧和濺水，路面噪音可降低３～5db，從而可以全面提高路面的表面功能。

1.4  低溫抗裂性

在低溫條件下，提高抗裂性能的機(jī)理主要依靠結(jié)合料的拉伸性能。由于SMA的集料之間填充了相當(dāng)數(shù)量的瀝青瑪蹄脂，它包在粗集料表面，隨著溫度的下降，混合料收縮變形使集料被拉開時(shí)，瑪蹄脂有較好的粘結(jié)作用，它的韌性和柔性使混合料有較好的低溫變形性能，如果再同時(shí)使用提高瀝青性能的措施，則混合料的低溫抗裂性能更可大幅度提高。

2  SMA材料分析

2.1  瀝青結(jié)合料

SMA混合料要求瀝青具有較高的粘度，與集料有良好的粘附性，以確保瀝青瑪蹄脂有足夠的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性。美國(guó)規(guī)定SMA的瀝青結(jié)合料必須符合AASHTOM226或AASHTO  MPl有關(guān)SHRP瀝青混合料路用性能規(guī)范要求，我國(guó)的SMA所用瀝青質(zhì)量必須符合JTG  F40—2004的規(guī)定，同時(shí)由于我國(guó)多數(shù)地方以往采用的瀝青普遍偏稀，為了保證瀝青有較高的粘度，一般應(yīng)采用比當(dāng)?shù)爻Ｓ玫臑r青稍硬l一2級(jí)的瀝青，如南方炎熱地區(qū)可選用A—70，寒冷地區(qū)可選用A—70或A—90。對(duì)于高速公路、承受繁重交通的重大工程道路、夏季特別炎熱或冬季特別寒冷地區(qū)的道路，最好采用改性瀝青SMA混合料，其中聚合物改性瀝青質(zhì)量應(yīng)符合改性瀝青的技術(shù)要求，對(duì)于SMA中是否必須采用改性瀝青目前尚無(wú)統(tǒng)一的看法，但有一點(diǎn)可以肯定；在特殊路段、特殊環(huán)境下宜于采用改性瀝青SMA，這樣使用效果會(huì)更佳。其中改性用的基質(zhì)瀝青標(biāo)號(hào)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定，技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合規(guī)范JTG F40—2004關(guān)于道路石油瀝青的技術(shù)要求，改性后針入度等級(jí)南方和中部地區(qū)宜為40-60，北方地區(qū)宜為60-80，東北等寒冷地區(qū)宜為60—l00。一般情況下，改性瀝青改性劑的合理劑量對(duì)于SBA及SBR類改性瀝青，按內(nèi)摻法計(jì)算的劑量以3．5％一5％為宜；對(duì)EVA或PE類改性瀝青添加劑量宜為4％-6％。如果采用其他材料作為改性劑或采用復(fù)合改性，應(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)認(rèn)證后使用。采用湖瀝青、頁(yè)巖瀝青等天然瀝青作改性劑，天然瀝青的質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定，其配比也應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。

2.2  集料與填料

用于SMA混合料中的粗集料應(yīng)是高質(zhì)量的軋制碎石，其巖石應(yīng)堅(jiān)韌，具有較高的強(qiáng)度和剛度，如玄武巖、砂巖、花崗巖等石料。應(yīng)嚴(yán)格控制集料中的針片狀顆粒含量，集料的顆粒形狀應(yīng)接近立方體，富有棱角，紋理粗糙，必要時(shí)應(yīng)采取有效的抗剝落措施，如采用改性瀝青、摻加消石灰或水泥，或采用實(shí)踐證明具有長(zhǎng)期抗水損害性能的抗剝離劑。在有些地區(qū)為了降低SMA初期建設(shè)成本，曾采用石灰?guī)r作為SMA的集料，實(shí)踐表明其使用效果沒(méi)有采用玄武巖等堅(jiān)硬巖石的好。用于SMA的組集料在作業(yè)時(shí)不得采用顎式破碎機(jī)加工。細(xì)集料最好使用堅(jiān)硬的機(jī)制砂，也可以從潔凈的石屑中篩取粒徑范圍4.75—0.3 mm 部 分 作為機(jī)制砂使用。當(dāng)采用普通石肩

作為細(xì)集料時(shí)，宜采用石灰?guī)r石屑，石屑中不得含有泥土類雜物，但應(yīng)控制針片狀的含量。當(dāng)與天然砂混用時(shí)，天然砂的含量不宜超過(guò)機(jī)制砂或石屑的比例。若采用天然砂，其中水洗法小于0．075mm顆粒含量不得大于5％，還必須測(cè)定其粗糙度指標(biāo)，以表示砂粒的棱角性和表面構(gòu)造狀況。一般細(xì)集料質(zhì)量除了滿足普通熱拌瀝青混合料對(duì)細(xì)集料的要求外，棱角性最好大于45％。填料必須采用石灰?guī)r等堿性巖石磨細(xì)的礦粉，必須保持干燥，能從石粉倉(cāng)自由派出。礦粉質(zhì)量應(yīng)滿足普通熱拌瀝青混合料對(duì)礦粉的要求，且粉煤灰不得作為SMA混合料的填料使用。回收粉塵的比例不得超過(guò)填料總量的25％，混用后0．075mm通過(guò)部分的塑性指數(shù)不得大于4。為了改善瀝青結(jié)合料與集料的粘附性，使用消石灰和水泥時(shí)，其用量不得超過(guò)礦料總質(zhì)量的2％。

2.3  纖維

SMA混合料中的常用纖維材料有:木質(zhì)素纖維、礦物纖維、腈綸纖維、滌綸纖維、玻璃纖維等聚合物化學(xué)纖維。纖維在SMA混合料中的作用是吸油、穩(wěn)定、增強(qiáng)，并提高SMA混合料高溫下的抗剪強(qiáng)度。選擇纖維時(shí)主要考慮其吸油性、耐熱性、與瀝青的粘附性等指標(biāo)。纖維應(yīng)能承受250℃以上的高溫條件，不變形、不變質(zhì)、不脆化，化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)環(huán)境無(wú)污染、無(wú)公害。我國(guó)參照國(guó)外經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)工程實(shí)踐，制定了自己的木質(zhì)素纖維技術(shù)要求。在纖維選擇中，由于SMA初期建設(shè)成本較高，而木質(zhì)素纖維對(duì)瀝青的穩(wěn)定性較強(qiáng)，價(jià)格比其他聚合物纖維要便宜得多，因而SMA中一般選擇木質(zhì)素纖維。松散的粱狀木質(zhì)素纖維或預(yù)先與瀝青混合制成的顆粒狀木質(zhì)素纖維均可使用。施工中應(yīng)確保纖維不受潮，拌和中要分散均勻。纖維的運(yùn)輸與存放應(yīng)采取必要措施防潮，以免影響拌和時(shí)的分散均勻性。纖維的摻量一般木質(zhì)纖維不少于0.3%，礦物質(zhì)不少于0.4%。

3  實(shí)例分析

3.1  工程實(shí)例的具體內(nèi)容

瀝青瑪蹄脂碎石混合料是一種以瀝青、礦粉、纖維穩(wěn)定劑及少量的細(xì)集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級(jí)配的粗集料骨架間隙而組成的瀝青混合料，瀝青瑪蹄脂碎石混合料的構(gòu)成特性，俗稱“三多一少”，即瀝青用量多為6%左右，礦粉用量多達(dá)8—12%，4.75mm以上粗骨料用量高達(dá)礦料用量的70%—80%，4.75mm以下細(xì)集料僅占礦料總重的20%—30%，其中還含有8%—12%的礦粉，實(shí)際細(xì)集料用量為10%—20%，相當(dāng)少。所以，瀝青瑪蹄脂碎石混合料的強(qiáng)度是依靠粗集料在瀝青混合料中的骨架嵌擠作用和瀝青瑪蹄脂膠結(jié)料的粘結(jié)裹覆作用形成的，因而它更具有很好的耐久性、抗高溫穩(wěn)定性、抗低溫開裂性、抗滑性及較好的排水性能。下面以徐宿高速公路TS21標(biāo)SMA-13上面層（SBS改性瀝青）施工為例來(lái)說(shuō)明SMA的配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制。

原材料選取

①粗集料

SMA的粗集料是指在SMA混合料中形成嵌擠起到骨架作用的集料部分，對(duì)SMA-13、SMA-16是指粒徑大于4.75  mm的集料，對(duì)SMA-10是指粒徑大于2.36   mm的集料，SMA的高溫穩(wěn)定性是基于含量甚多的粗集料之間的嵌擠作用，在很大程度上取決于集料石質(zhì)的堅(jiān)韌性、顆粒形狀和棱角性，粗集料的這些性質(zhì)是SMA成敗與否的關(guān)鍵。所以在選取原材料時(shí)一定要選取壓碎值小、針片狀含量少、表面粗糙有一定棱角性的石料。

②細(xì)集料

對(duì)SMA-13粒徑小于4.75mm的集料稱細(xì)集料，細(xì)集料在SMA中的比例雖然很少，但它是形成瀝青瑪蹄脂的重要組成部分，用以填充SMA的粗集料骨架的間隙，增強(qiáng)路面的防滲能力，同時(shí)起到粘結(jié)作用，一定要選取表面粗糙、潔凈、有一定棱角性和嵌擠能力的機(jī)制砂。

③填料

填料必須采用由石灰石等堿性巖石磨細(xì)的礦粉，礦粉的主要作用是和瀝青、纖維組成瀝青瑪蹄脂粘結(jié)劑，提高瀝青混合料的粘結(jié)力。回收粉中含有不少塵土，同時(shí)粗細(xì)集料中的石粉經(jīng)過(guò)明火燃燒、高溫處理，會(huì)變得發(fā)脆，所以回收粉在上面層最好不用，通過(guò)改進(jìn)礦粉填加設(shè)備能夠保證0.075mm的通過(guò)量。下表是礦粉和回收粉對(duì)SMA混合料性能的影響（SBS改性瀝青）。

從上表可以看出，隨著礦粉用量的增加，混合料的空隙率減小，動(dòng)穩(wěn)定度顯著提高，使用回收粉的動(dòng)穩(wěn)定度要比使用石灰石礦粉的動(dòng)穩(wěn)定度低得多，所以要想形成SMA結(jié)構(gòu)，礦粉的數(shù)量不能太少，足夠數(shù)量的礦粉是形成SMA的先決條件。

④瀝青

瀝青材料的性質(zhì)對(duì)路面使用性能有多方面的影響，在選取瀝青品種時(shí)主要考慮高溫抗車轍能力和低溫抗裂能力，這兩個(gè)方面在瀝青品種選取時(shí)趨向相反，應(yīng)綜合平衡考慮。國(guó)內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)多年來(lái)對(duì)瀝青的研究表明，改性瀝青抗車轍能力明顯優(yōu)于普通瀝青，針入度低的普通瀝青抗車轍能力優(yōu)于針入度高的普通瀝青，而針入度高的瀝青抗低溫開裂能力又高于針入度低的瀝青，江蘇省高速公路一般選取AH70瀝青（PG64-22），從高溫抗車轍能力和低溫抗開裂能力兩個(gè)角度綜合考慮比較適合江蘇氣候條件，若在同時(shí)使用改性瀝青就更如虎添翼。

⑤纖維穩(wěn)定劑

纖維具有加筋、分散吸附瀝青、穩(wěn)定、增粘等作用，對(duì)防止SMA瀝青析漏的功效較好，對(duì)于木質(zhì)纖維摻量為瀝青混合料總量的0.3%，目前一般采用風(fēng)送式纖維送料機(jī)填加。

下面是徐宿高速公路TS21標(biāo)各種原材料的情況。

集料：輝綠巖          產(chǎn)地： 江蘇盱眙吳橋采石廠

填料：石灰?guī)r礦粉      產(chǎn)地：  江蘇徐州礦物局水泥廠

瀝青：鎮(zhèn)江科氏SBS改性瀝青（AH70+3%SBS）（PG70-22）

木質(zhì)纖維：進(jìn)口ARBOCEL牌天然木質(zhì)纖維素      產(chǎn)地：德國(guó)JRS公司

抗剝落劑：PA—I型     產(chǎn)地：西安（有多年使用經(jīng)驗(yàn)）

礦料試驗(yàn)結(jié)果如下表：（冷料）

瀝青試驗(yàn)結(jié)果如下表：

熱料倉(cāng)取原材料密度試驗(yàn)結(jié)果：

SMA路面對(duì)石料要求非常嚴(yán)，首先石料的壓碎值要低針片狀含量要少，這樣的石料才能經(jīng)的起壓路機(jī)振動(dòng)碾壓，其次石料一定要致密粗糙成立方體，這樣才能保證混合料中的油膜厚度和粘結(jié)力，提高路面耐久性，然后要求石料的規(guī)格要穩(wěn)定，以保證混合料級(jí)配的穩(wěn)定性。

2、設(shè)計(jì)思路

根據(jù)對(duì)連徐線CDE-26標(biāo)、AB-24標(biāo)SMA-13路面和汾灌OPQ23標(biāo)SMA-13路面的回訪及考察，發(fā)現(xiàn)兩條高速公路通車后都發(fā)生了不同程度的車轍和泛油現(xiàn)象，因而我們這次配合比設(shè)計(jì)本著三條指導(dǎo)思想，一是降低4.75mm的通過(guò)量，加強(qiáng)粗集料在瀝青混合料中的骨架嵌擠作用；二是適當(dāng)降低油石比，努力實(shí)現(xiàn)通過(guò)增大壓實(shí)功來(lái)減小路面空隙率，提高路面的抗車轍能力；三是通過(guò)線外小型試鋪，由實(shí)際鋪筑的路面的質(zhì)量來(lái)確定配合比設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和合理性。

下面是連徐線CDE-26標(biāo)、AB-24標(biāo)和汾灌線OPQ23標(biāo)SMA-13配合比設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)：

（1）原材料

（2）施工配合比及合成密度

（3）馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

（4）路面檢測(cè)結(jié)果

（5）碾壓方案比較

以上試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，無(wú)論室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，還是成型路面檢測(cè)，均符合《江蘇省高速公路改性瀝青路面SMA-13上面層施工指導(dǎo)意見（SBS改性瀝青）》的要求，但通車后都不同程度地產(chǎn)生了車轍和泛油現(xiàn)象，所以我們?cè)谂浜媳仍O(shè)計(jì)中重點(diǎn)把握以下幾個(gè)方面：

A、石料高溫狀態(tài)下在拌和、碾壓過(guò)程中都會(huì)有部分磨耗或破碎，與室內(nèi)試驗(yàn)相比，4.75mm通過(guò)量偏細(xì)3%（芯樣和混合料抽提試驗(yàn)對(duì)比），因而在配合比設(shè)計(jì)時(shí)4.75mm通過(guò)率要控制在25%左右，0.075mm通過(guò)率過(guò)在10%左右，1#料和2#料比例在75%以上。

B、根據(jù)合成礦料的毛體積相對(duì)密度2.834結(jié)合SMA-13上面層SBS改性瀝青施工指導(dǎo)意見暫定油石比為6.0%。

C、進(jìn)行線外小型試鋪來(lái)驗(yàn)證配合比的可靠性。

3、級(jí)配和油石比的選取

根據(jù)北京已成功的SMA路面的級(jí)配，選定4.75mm的通過(guò)率為22%、25%和28%三個(gè)檔次，0.075mm的通過(guò)率為10%左右，分別按這三種級(jí)配測(cè)定4.75mm以上粗集料的毛體積相對(duì)密度和合成礦料的毛體積相對(duì)密度，具體見下表：

從上表可以看出年，三種級(jí)配的合成毛體積相對(duì)密度均在2.84以上，根據(jù)江蘇省施工指導(dǎo)意見中改性瀝青SMA-13馬歇爾試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求之規(guī)定，合成集料毛體積相對(duì)密度在2.8時(shí)油石比不小于6.0%，在2.9時(shí)油石比不小于5.7%，根據(jù)此要求，我們結(jié)合北京和江蘇SMA路面成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，同時(shí)根據(jù)我們的室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果和設(shè)計(jì)思路，我們選擇B級(jí)配為最佳級(jí)配、6.0%的油石比為最佳油石比，試驗(yàn)結(jié)果見下表：

從上表可以看出，粗集料的骨架間隙率VCAmix均小于相對(duì)應(yīng)的VCADRC，說(shuō)明該種級(jí)配形成了石-石嵌擠結(jié)構(gòu)，礦料間隙率VMA大于17%，說(shuō)明有足夠的間隙供瑪蹄脂填充，但空隙率和飽和度兩項(xiàng)指標(biāo)不滿足要求，要想降低空隙率提高飽和度，只能是提高油石比或增加4.75mm的通過(guò)率，但是油石比需提高到6.3%以上時(shí)才能滿足空隙率在4.5之內(nèi)飽和度到75%以上，這樣無(wú)疑會(huì)重導(dǎo)以前SMA路面的覆轍，造成路面通車后泛油和車轍。下圖為VMA、VCAmix及VCAdrc之間的關(guān)系圖。

從上圖可以看出，當(dāng)4.75mm通過(guò)率達(dá)到29%時(shí)，VCAmix等于VCAdrc，如果4.75m通過(guò)量大于29%，VCAmix大于VCAdrc，SMA的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)被破壞，也就不是真正的SMA了。為保證路面有足夠的構(gòu)造深度，我們?cè)谏a(chǎn)配合比設(shè)計(jì)時(shí)使9.5mm的通過(guò)率在中值左右并大膽的以6.0%的油石比試拌且在服務(wù)區(qū)匝道上做了試鋪段。

下面是我項(xiàng)目試拌和線外小型試鋪的試驗(yàn)結(jié)果：m

馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

線外小型試鋪檢測(cè)結(jié)果：

從以上結(jié)果可以看出，馬歇爾試驗(yàn)空隙率和飽和度不能滿足指導(dǎo)意見要求，但小型試鋪各項(xiàng)指標(biāo)都符合指導(dǎo)意見要求，而且振動(dòng)壓路機(jī)強(qiáng)振3遍以上無(wú)推移現(xiàn)象，無(wú)石料壓碎現(xiàn)象，也無(wú)瑪蹄脂上浮現(xiàn)象，并且構(gòu)造深度在1.1mm時(shí)路面也不滲水，所以我們認(rèn)為：1#：2#：3#：4#：礦粉=40：40：2：8：10，油石比6%的配合比設(shè)計(jì)合理，可以用于主線試鋪。

4、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)：我們委托江蘇省科研院按上面生產(chǎn)配合比拌和的混合料進(jìn)行了性能檢測(cè)。

（1）、水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

（2）、高溫性能檢驗(yàn)（60℃）

（3）低溫小梁彎曲試驗(yàn)

SMA-13混合料的拌和

1、拌和溫度：瀝青加熱溫度170℃-175℃，由于大量冷礦粉的摻入，集料加熱溫度在210-220℃，混合料出廠溫度為180-190℃。出廠溫度由試驗(yàn)室安排專人檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度不在此范圍及時(shí)給拌和樓反饋。

2、拌和時(shí)間和拌和數(shù)量：

骨料進(jìn)入拌缸的同時(shí)，木質(zhì)素也進(jìn)入拌缸，開始干拌，幾秒后，礦粉和瀝青進(jìn)入拌缸，在瀝青放完8秒后，礦粉放完，同時(shí)拌缸計(jì)時(shí)開始，從放骨料到拌缸開始計(jì)時(shí)約23秒，總生產(chǎn)時(shí)間66秒，每小時(shí)拌和產(chǎn)量147t。

3、木質(zhì)素纖維填加方式，人工將木質(zhì)素纖維投入纖維填加設(shè)備中，利用機(jī)械將纖維打碎，再利用空壓機(jī)將打碎的纖維吹入拌缸和骨料、礦粉、瀝青一起攪拌均勻，木質(zhì)素纖維填加數(shù)量為瀝青混合料總重量的0.3%。

4、抗剝落劑填加方式，根據(jù)瀝青儲(chǔ)罐中瀝青的數(shù)量，按瀝青質(zhì)量的0.4%投入熱熔瀝青中，用強(qiáng)制攪拌法使抗剝離劑滲配均勻。

5、由于2#料中含有13%左右的3#料，而SMA-13路面3#料需求量相當(dāng)少，3#料過(guò)多會(huì)造成路面碾壓過(guò)程中推移，所以在生產(chǎn)過(guò)程中有40%×13%—2%=3.2%的3#料溢料，由于3#料溢料，就需預(yù)備裝載機(jī)及時(shí)清掉廢料倉(cāng)中的3#料。

6、細(xì)集料一定要搭棚覆蓋以免受潮，因?yàn)镾MA混合料需要的細(xì)集料非常少，不超過(guò)15%，所以冷料倉(cāng)的斗門開啟度很小，如果細(xì)集料遭雨淋，就會(huì)造成集料干濕程度不同，遇到濕料時(shí)下得慢遇到干料時(shí)下得快，這樣會(huì)嚴(yán)重影響4.75mm的通過(guò)率控制的精度，另外1#料和2#料用量大，我們各設(shè)置兩個(gè)冷料倉(cāng)供料。

SMA-13混合料的運(yùn)輸

SMA-13混合料的運(yùn)輸應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

1、要采用大噸位的運(yùn)輸車運(yùn)輸，運(yùn)輸前在車廂及重板上噴灑一層油水混合物，使混合物不致與車廂粘結(jié)。

2、在任何情況下，運(yùn)輸車在運(yùn)輸過(guò)程中都應(yīng)加蓋蓬布，以防表面混合料降溫結(jié)硬殼，我們采用的是兩層蓬布之間夾一層棉被，并在攤鋪過(guò)程中也不揭蓬布，施工效果非常明顯，溫度對(duì)照見后。

3、要及時(shí)清掉運(yùn)料車剩余的殘留物。

4、到場(chǎng)溫度要控制在180℃以上，前場(chǎng)安排專人檢測(cè)到場(chǎng)溫度，發(fā)現(xiàn)溫度低于此要求也及時(shí)反饋到拌和樓。

SMA-13混合料的攤鋪和碾壓

我項(xiàng)目分別于6月14日、6月16日和6月19日做三次試鋪段，下面簡(jiǎn)要介紹一下三次試鋪的情況。

1、K24+680—K24+940右幅

配合比：振動(dòng)篩1#（12-20mm）：2#（5-12mm）：3#（3-5mm）：4#（0-3mm）：礦粉=41.5：38：2：8：10.5油石比：6.0%，4.75mm通過(guò)率25%，攤鋪速度：2.3m/min，混合料到場(chǎng)溫度182℃，采用單層蓬布覆蓋，攤鋪時(shí)揭開蓬布，攤鋪完溫度163℃，松鋪系數(shù)1.15，松鋪厚度4.5cm，熨平板振級(jí)5級(jí)，夯錘振級(jí)4級(jí)，縱縫處兩機(jī)搭接寬度35cm,厚度控制采用18m長(zhǎng)接觸式平衡梁，碾壓方案：兩臺(tái)DD—110成梯隊(duì)來(lái)回強(qiáng)振2遍，兩臺(tái)酒井來(lái)回強(qiáng)振1遍，靜壓1遍，在碾壓一開始，靠中央分隔帶一側(cè)的DD—110先騎縱縫來(lái)回強(qiáng)振一遍，并保證縱縫處要多碾壓1遍，使縱縫接縫美觀并且不滲水。

混合料試驗(yàn)結(jié)果:（馬歇爾空隙率范圍放寬為3%-5%）

路面檢測(cè)結(jié)果:

存在問(wèn)題：下面一些部位存在不同程度的滲水現(xiàn)象

（1）兩攤鋪機(jī)接縫左右各50cm范圍內(nèi)。

（2）靠近路緣石50cm范圍內(nèi)直滲

（3）靠近路肩50cm范圍內(nèi)直滲

（4）攤鋪機(jī)中間部位

（5）攤鋪機(jī)攏料攤鋪的部位

分析：（1）、（2）、（3）是因?yàn)槁菪剂掀靼鸦旌狭蠌臄備仚C(jī)中間輸送到兩側(cè)，造成料溫降低較多,.約差8℃,另外由于平衡梁的影響使壓路機(jī)不能及時(shí)碾壓兩方面因素的影響造成該處滲水,（4）是因?yàn)楣潭菪剂掀鞯闹Ъ軗趿显斐杉?jí)配離析。（5）是因?yàn)閿n料的料溫低，而且級(jí)配也存在離析，造成攤鋪后滲水,另外，由于攤鋪速度慢，溫度散失快，造成整體空隙率高。

2、第二次試鋪K24+010—K24+680

由于路面空隙率5.1%，構(gòu)造深度1.2mm，我們對(duì)級(jí)配進(jìn)行了微調(diào)，4.75mm通過(guò)率在25—26之間，配合比1#：2#：3#：4#：礦粉=42：37：2：9：10，油石比6.1%，另外，上午提高攤鋪速度到3m/min，盡量縮短兩個(gè)攤鋪機(jī)距離以保證縱縫處能盡可能早碾壓，另外又調(diào)來(lái)一臺(tái)德國(guó)產(chǎn)12t戴納派克振動(dòng)壓路機(jī)增大壓實(shí)功，縮短有效壓實(shí)時(shí)間。

碾壓方案：兩臺(tái)DD—110并列強(qiáng)振2遍，戴納派克強(qiáng)振1遍，灑井靜壓1—2遍。

混合料試驗(yàn)結(jié)果:

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